轴向力对剪切钢板阻尼器抗震性能影响的数值模拟

采用数值模拟的方式,对轴向力作用的剪切钢板阻尼器的抗震性能进行研究,设定5组不同的剪切钢板阻尼器,以探究高宽比和高厚比对阻尼器的影响,同时提出两种轴向自由的新型剪切钢板阻尼器。结果表明:轴向力对阻尼器抗震性能产生不利影响,使腹板更容易发生局部屈曲且屈曲程度更大,有必要做防屈曲措施;当高宽比、高厚比增大时,屈服荷载、极限荷载、初始刚度及屈服后刚度显著降低;当腹板高度保持不变时,增大腹板宽度或厚度,可有效改善阻尼器的抗震性能。

折弯翼缘剪切型钢板阻尼器力学特性研究分析

针对目前剪切型钢板阻尼器翼缘根部焊缝处容易断裂问题,本文试验模型采用一种折弯结构形式的翼缘,并提出一套适用于折弯翼缘剪切钢板阻尼器的基本性能参数(弹性刚度、屈服荷载、屈服位移)理论计算式;然后通过Abaqus有限元建模,模拟阻尼器单调加载和滞回受力性能,模拟结果显示腹板应力分布均匀,全截面基本屈服,阻尼器整体稳性良好;最后对设计的阻尼器进行足尺试验,包括阻尼器的基本力学和疲劳性能,基本力学试验中滞回曲线面积饱满,且与模拟滞回曲线吻合度高,试验结果表明阻尼器屈服承载力、屈服位移和弹性刚度的计算值、有限元分析值和试验结果基本吻合,最大误差为5.83%;低周疲劳试验结果表明折弯结构有效解决了翼缘端部的断裂失效问题,提高了阻尼器的抗疲劳性能,且疲劳曲线平滑饱满,重合度高,表明其疲劳稳定性好,耗能能力强。

装配式钢质耗能铰连接中开孔削弱钢板阻尼器滞回性能研究

提出一种装配式节点钢质耗能铰连接,对其关键部件开孔削弱钢板阻尼器,进行3种开孔削弱形式的试件轴向往复加载试验,考察开孔削弱钢板阻尼器的破坏模态,研究其滞回性能、骨架曲线、承载能力与延性性能等。探讨开孔削弱长度、开孔削弱宽度、宽厚比、厚度方向间隙等参数对钢板阻尼器滞回性能的影响。建立开孔削弱钢板阻尼器的简化力学模型,提出阻尼器滞回本构模型并对本构模型准确性进行验证。结果表明,阻尼器的开孔削弱钢板在开孔削弱处开裂或断裂,避免了面外屈曲的发生,实现塑性耗能与破坏模式可控;阻尼器滞回曲线饱满,承载力均高于297.31 kN,位移延性系数Δ/Δy均大于4.5,表现出良好的耗能能力、承载能力与延性性能;相比菱形开孔,竖缝开孔削弱阻尼器综合力学性能更优,建议开孔削弱长度a/L为0.25~0.55,开孔削弱宽度b/B为0.2~0.5,宽厚比为12.50~15.63,厚度方向间隙不超过2 mm;提出的开孔削弱钢板阻尼器滞回本构模型能准确地模拟阻尼器滞回性能。

新型钢板阻尼器的减震性能分析

通过改变钢板的平面几何形状减小应力集中,提出一种利用钢板平面内受力屈服耗能的新型钢板耗能阻尼器,并对其进行有限元数值计算,计算结果表明这种阻尼器初始刚度较大、滞回曲线饱满、耗能效果较好。为了利用有限元软件ABAQUS实现对安装有该类钢板阻尼器的整体结构模型进行计算分析,提出该类钢板阻尼器的双线型恢复力模型及其在软件中的简化计算方法。在此基础上,对安装与未安装该类钢板阻尼器的框架结构进行地震作用下动力有限元计算,从加速度反应和位移反应两方面对安装与未安装该类钢板阻尼器的框架结构的计算结果进行分析比较,结果表明该类钢板阻尼器在水平方向上对结构具有良好的减震效果,是一种有效的减震装置。

可更换剪切钢板阻尼器偏心支撑框架分析

针对偏心支撑框架体系耗能梁段震后修复难度大、经济性差的问题,提出了采用剪切钢板阻尼器作为可更换耗能梁段的偏心支撑结构体系。采用ABAQUS有限元软件对国外已完成的可更换耗能梁段偏心支撑试验进行结构分析,验证了有限元建模的正确性,分别对不同腹板宽厚比、腹板钢材屈服强度、腹板加劲肋设置情况下的剪切钢板阻尼器K型、D型偏心支撑钢框架进行结构分析,研究了耗能梁段的变形机制、滞回耗能能力以及局部失稳、局部破坏形态。分析结果表明:剪切钢板阻尼器作为耗能梁段是可行的,阻尼器首先发生屈服,起到了主要耗能作用,在实际工程应用中建议剪切钢板阻尼器腹板宽厚比宜小于30,腹板钢材宜采用软钢及低屈服点钢,采用加劲肋来保证阻尼器不发生平面外屈曲。

带缝钢板阻尼器受力性能试验研究

对4组弯曲单元宽厚比小于5的带缝钢板阻尼器进行了低周往复拟静力试验，研究其力学特性和耗能能力，利用试验结果检验了现有阻尼器的刚度和强度设计公式。建立有限元模型模拟阻尼器破坏的全过程，通过参数分析研究了带缝钢板阻尼器的延性系数、损伤发展机制、超强系数及累积耗能和累积塑性变形。研究表明：带缝钢板阻尼器具有稳定的平面内力学性能、低周疲劳性能和较强的耗能能力，等效黏滞阻尼系数约为0．5；阻尼器延性较好，当弯曲单元高宽比“不小于4时，延性系数受其影响较小，因此不应采用α小于4的阻尼器；带缝钢板阻尼器的超强系数在2．30～2．96之间；累积塑性变形角与d成正比、标准累积塑性耗能率与α成反比，提出的公式可用于指导消能减霹结构设计和阳屁器诜利．

X形和三角形钢板阻尼器的阻尼力模型(Ⅰ)——基于双线性本构关系

利用软钢的双线性本构关系,依据经典力学原理推导建立了X形和三角形钢板阻尼器的阻尼力滞回模型。首先,导出了单调加载下钢板阻尼器的力与位移关系及其渐近曲线;其次,对于软钢材料本构关系分别考虑在理想弹塑性和双线性强化模型基础上,推导建立了钢板阻尼器的阻尼力模型;最后,将钢板阻尼器的阻尼力模型及其参数与试验结果进行了比较,验证了理论模型的有效性,并分析了误差存在的原因。

X形和三角形钢板阻尼器的阻尼力模型(Ⅱ)——基于R-O本构关系

利用软钢的Ramberg-Osgood本构关系(R-O模型),依据经典力学原理推导建立了X形和三角形钢板阻尼器的阻尼力滞回模型。首先,给出了循环加载下软钢材料的应力-应变R-O本构关系;其次,推导建立了基于R-O本构关系的钢板阻尼器的阻尼力模型;最后,将该阻尼力模型及其参数与试验结果和双线性强化模型进行了比较,验证了R-O理论模型的有效性,并分析了误差存在的原因。

基于耗能连梁钢板阻尼器的高层结构耗能减振分析及应用

为改善传统连梁钢板阻尼器的适用性,提出了一种新型耗能连梁钢板阻尼器的设计方法,通过对阻尼器工作区域的划分与设计,使新型阻尼器充分发挥耗能作用,有效地提高了结构整体耗能能力。基于有限元软件ABAQUS模拟低周反复荷载作用下墙肢与阻尼器的应力应变状态,以验证所提出的新型阻尼器的设计方法及端部嵌固区的可靠性,并通过对原结构和实施耗能连梁钢板阻尼器结构进行弹塑性时程分析,探讨其改进后的抗震性能。研究结果表明,新型嵌固区构造不仅能够保证阻尼器与墙肢协同工作良好,还能大大降低施工难度;通过实施该阻尼器,可形成耗能连梁及抗震多道防线,在连梁钢筋混凝土部分损伤较为严重的情况下,仍能保证连梁具有一定的延性和耗能能力。

局部削弱弧形钢板阻尼器减震性能研究

本文提出一种用于木结构榫卯节点的局部削弱弧形钢板阻尼器。设计15个局部削弱弧形钢板阻尼器,采用ABAQUS软件对其进行有限元分析,研究钢板弧形半径、钢板厚度、钢板宽度和削弱系数对阻尼器性能的影响规律。将一个优选出的阻尼器安装在某典型木结构中,研究其对木结构的减震效果。研究结果表明:局部削弱弧形钢板阻尼器耗能位置明确,耗能效果明显,滞回曲线饱满,塑性变形良好;随着阻尼器钢板厚度、钢板宽度和削弱系数的增大,阻尼器耗能量增大;随着阻尼器钢板弧形半径增大,阻尼器耗能量减小;安装阻尼器后,木结构的层间位移角和楼层剪力均有所减少,阻尼器在木结构中起到一定减震效果。给出局部削弱弧形钢板阻尼器各项参数的取值范围。

剪切钢板阻尼器刚度和耗能的参数研究

对使用低屈服点钢腹板的剪切钢板阻尼器进行参数分析,研究包括腹板厚度、翼缘厚度、腹板整体尺寸和腹板高宽比等参数对阻尼器刚度和耗能的影响。为了准确模拟剪切钢板阻尼器在低周反复加载试验时的力学性能,采用Abaqus作为模拟平台,基于金属塑性材料和混合强化法则。分析结果表明:腹板厚度对阻尼器刚度的影响较大;翼缘厚度对刚度的影响较小;高宽比不变时,腹板整体尺寸对刚度的影响较小;腹板宽度不变时,腹板高度对刚度的影响较大。通过这些参数调节阻尼器刚度时,应使腹板柔细比处于合理范围内,以确保阻尼器具有良好的滞回性能。

轴向拉压波形钢板阻尼器的力学性能

为了解决某些实际工况下阻尼器应用范围受限的问题,设计了一种轴向拉压波形钢板阻尼器,以阻尼器长宽比和翼缘厚度为变量设计4个阻尼器试件,通过拟静力试验和ABAQUS有限元分析对其力学性能进行研究.试验结果表明:4个阻尼器试件波形腹板基本处于纯剪的理想状态;4个试件具有良好的延性和耗能能力,滞回曲线稳定且饱满;提高阻尼器的长宽比,其耗能能力和延性会随之提高,承载能力却随之降低;增加翼缘厚度,阻尼器承载力随之提高,耗能能力差别不大.利用ABAQUS软件建立9个阻尼器模型验证了模拟的可靠性并进行拓展因素分析.模拟结果表明:有限元分析与试验结果吻合程度良好;阻尼器长宽比最好保证在0.5~0郾9,长宽比在此范围内增大时,阻尼器的滞回性能随之增大;当翼缘与波形腹板厚度比不小于2.4时,提高翼缘板的厚度对阻尼器整体的耗能性能提升不大;结合试验结果和ABAQUS有限元分析结果,拟合得到轴向拉压型金属阻尼器的抗拉(压)承载力理论计算公式.与试验结果对比发现,理论计算公式有一定的适用性.

多层环形钢板阻尼器的静力学研究

为了满足高温、低温、腐蚀环境特殊工况下阻尼减振的需要,对以干摩擦阻尼进行减振的阻尼器的开发一直是工程技术人员的一个主要研究方向。多层环形钢板阻尼器是借助于载荷作用下多层金属环之间的干摩擦力耗散能量,实现阻尼隔振的一种新型阻尼器。为此,从弹性力学的角度建立静力学模型,对多层环形钢板阻尼器的弹性元件进行静力学研究。通过选取应力函数对力学模型进行求解,得出此种类型阻尼隔振元件承受载荷时的力学特性,为设计及应用该种类型阻尼器提供理论依据。

轴力作用下剪切钢板阻尼器力学性能试验研究

该文通过5个拟静力试验检验了普通型剪切钢板阻尼器和形状优化型剪切钢板阻尼器的力学性能,分析了形状优化以及轴力对阻尼器力学性能的影响。试验结果表明:阻尼器设计公式计算值与试验结果吻合较好;阻尼器的腹板形状经过优化后,极限位移角增加33%,耗能区域由四角转移至中部,应力和应变集中现象得到明显改善,有效降低了夹持连接部位钢板的断裂损伤发生概率;与设计值相比,轴力可提高阻尼器的屈服承载力但使刚度有所下降;基于装配式思想设计的全螺栓连接阻尼器易于更换,较传统焊接的连接方式避免了焊接应力的不利影响,大幅度减少了修复时间与成本。

双拼工字型钢板阻尼器滞回性能试验研究

为解决传统剪切型钢板阻尼器造价高、易出现面外屈曲和连接焊缝撕裂的问题,设计制作了一种双拼工字型钢板阻尼器.该阻尼器由Q235热轧H型钢开斜洞制成的2个槽形钢相背而拼形成,通过槽形钢腹板剪切变形耗能.采用拟静力试验,研究了5个双拼工字型阻尼器试件的滞回性能.结果表明:增加腹板宽度可提高阻尼器的承载和耗能能力,高且窄的开洞形式可提高阻尼器极限位移74.4%;无连接弧板的腹板约束形式可提高延性70%,超强系数至少达到 1.70 .双拼工字型钢板阻尼器能够有效限制耗能腹板的平面外变形,具有稳定的耗能能力,同时可避免焊缝破坏.

桥梁用三角形钢板阻尼器恢复力模型的参数确定

基于金属阻尼器优化设计的需要,研究三角形钢板阻尼器恢复力模型的参数确定方法。首先推导了三角形钢板的首次屈服刚度的理论公式,同时采用软件ABAQUS进行三角形钢板有限元分析,研究了三角形钢板阻尼器恢复力模型中各参数随尺寸变化的规律,并用线性回归法分析有限元计算数据给出近似计算公式,最后对公式的正确性进行验证。结果表明:三角形钢板宽高比在给定范围内时,应力均匀性好,各恢复力模型参数的计算公式与有限元数据有很好的吻合效果,精度满足工程要求。

剪切钢板阻尼器抗震性能研究与工程应用

为研究剪切钢板阻尼器抗震性能及其影响因素,设计不同开孔形式、肢宽和肢高剪切钢板阻尼器,并进行数值模拟分析。对含剪切钢板阻尼器的自复位结构进行分析,研究阻尼器与预应力对自复位结构抗震性能的影响。研究结果表明,与相同肢宽、肢高的长孔和椭圆孔阻尼器相比,菱形孔阻尼器耗能效率最高,且肢高越小,肢宽越大,耗能效率越高;采用剪切钢板阻尼器的自复位结构滞回曲线呈典型的旗帜形特征。

S型钢板阻尼器滞回模型及参数识别研究

提出一种易制作、易安装、易更换的S型钢板阻尼器,设计制作3组试件,通过开展拟静力试验,对其变形和破坏模式、滞回特性及耗能能力进行研究。基于试验结果提出一种改进的BWBN滞回模型,建立Simulink模型并开展试件参数识别研究。结果表明:S型钢板阻尼器的滞回曲线饱满,具有较大的变形能力,良好稳定的耗能能力,较高的延性系数和超强系数;阻尼器通过弯曲和轴向变形耗能,变形包括弯曲弹性段、弯曲屈服段及弯-拉屈服段,由于弯-拉强化效应,第三段刚度和强度逐渐增大,可提高结构承载能力并降低残余变形;所提出的滞回模型可以反映S型钢板阻尼器的弯-拉强化效应,能够较精确地模拟阻尼器的滞回曲线、恢复力变化以及累积能量耗散。

装配式耗能减震节点连接中削弱型约束钢板阻尼器滞回性能试验

为解决装配式框架节点与连接的抗震能力不足、震损后难修复等问题,提出一种新型装配式耗能减震节点连接,对其关键耗能减震部件-可更换削弱型约束钢板阻尼器进行低周往复加载试验,考察其承载能力、耗能能力、刚度退化与延性等滞回性能,揭示阻尼器的失效破坏机制,分析开孔削弱形式、削弱长度、钢板厚度以及约束套筒与削弱钢板的间隙等对阻尼器力学性能的影响。结果表明:可更换削弱型约束钢板阻尼器在削弱截面部位开裂或断裂,实现了阻尼器的塑性耗能与失效模式可控,具备良好的承载-耗能双重功能。在相同参数条件下狗骨削弱型约束钢板阻尼器的承载能力、耗能能力与延性性能优于竖缝开孔削弱型约束钢板阻尼器。削弱长度对延性与钢板侧向屈曲性能影响较大,钢板厚度对承载能力与刚度退化性能影响较大,而约束套筒与钢板间隙较大时,约束套筒不能有效发挥作用,易导致削弱钢板发生受压屈曲。

开缝钢板阻尼器及其在斜拉桥结构中的应用

为了研究开缝钢板阻尼器对大跨度全漂浮体系斜拉桥结构横桥向的减震效果,本文运用大型通用有限元软件ABAQUS对开缝钢板阻尼器进行数值分析,分析了开缝钢板阻尼器几何参数对其力学性能的彬响,并验证了开缝钢板阻尼器的初始刚度和抗剪承载力理论公式。在MIDAS CIVIL中建立全漂浮体系大跨度斜拉桥模型,对安装开缝钢板阻尼器和未安装开缝钢板阻尼器的两种斜拉桥结构模型分别进行了横桥向地震作用下的弹塑性时程分析。结果表明:开缝钢板阻尼器能够有效减小大跨度斜拉桥结构横桥向的地震响应,是一种可用于大跨度斜拉桥结构横向减振餉有效的耗能装置。